Ag掺杂ZnO薄膜光催化降解苯酚的试验研究

本文采用溶胶-凝胶法在石英玻璃基底上制备出性能优良的Ag掺杂的纳米ZnO薄膜,并通过XRD、AFM和UV-Vis吸收光谱对薄膜的结构及光吸收特性进行表征。以苯酚为被降解物,进一步研究了不同掺杂浓度对其光催化性能的影响。结果表明,ZnO:Ag摩尔比为30∶1的样品催化效果最佳。

本征缺陷对Ag掺杂ZnO的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Ag掺杂ZnO体系中Ag缺陷和本征缺陷复合体的几何结构、形成能和电子结构进行了比较研究。研究表明,Ag代替Zn位(AgZn)可以在ZnO中形成受主能级。同时,研究发现,Zni-AgZn和Oi-AgZn的形成能较小,存在的可能性较大。其中,Zni-AgZn呈现明显的n型导电特性,而Oi-AgZn具有p型导电的趋势。因此Oi-AgZn有利于p型ZnO的形成。

Ag掺杂ZnO缺陷形成能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了在富氧和富锌条件下单原子Ag和多原子Ag掺杂ZnO的缺陷形成能.结果表明:在富氧条件下单原子掺杂时,AgZn缺陷形成能低于AgO和Agi的形成能,说明杂质Ag最可能以替代Zn位出现;由AgZn能级跃迁图发现,富氧条件下Ag-1Zn没有电子态间的跃迁,由此获得的P型半导体更加稳定;无论在富氧还是富锌的条件下,随着Ag掺杂浓度的增加,ZnO的缺陷形成能也增加,说明不易形成多原子的替位掺杂.在两个原子掺杂时,聚集型掺杂比分散型掺杂形成能要低,说明Ag替Zn位掺杂易产生聚集型缺陷.三个原子的聚集型掺杂比两个原子的分散型掺杂的形成能低,推测出多原子Ag替Zn位掺杂聚集型缺陷更容易产生.

自支撑Ag掺杂ZnO花状纳米线阵列及其光学性质

利用简单、温和的二步水浴法制备一种大面积自支撑、可自由迁移的Ag掺杂ZnO花状纳米线阵列。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、元素能谱(EDS)、X射线衍射谱(XRD)、室温和变温光致发光谱(PL)等一系列表征手段对所制备的自支撑Ag掺杂ZnO纳米线阵列进行了研究。研究结果显示:这种自支撑纳米材料具有良好的晶体质量和光学性质,在低温(85 K)下显示出A0X和FA为主导的受主相关发射峰,通过理论公式计算受主结合能为118 meV。在变温光致发光光谱中,FA发射峰位随温度的变化符合理论模型。

GGA+U的方法研究Ag掺杂浓度对ZnO带隙和吸收光谱的影响

目前,当Ag掺杂Zn O摩尔数为0.0208—0.0278的范围内,Ag掺杂对Zn O吸收光谱影响的实验研究均有文献报道,但是,有两种不同的实验结果,掺杂体系吸收光谱红移或蓝移两种相悖的报道.为了解决本问题,本文采用自旋密度泛函理论(DFT)框架下的广义梯度近似(GGA+U)平面波赝势方法,构建三种Zn1-xAgxO(x=0,x=0.0278,x=0.0417)模型,分别对所有模型进行几何结构优化和能量计算.结果表明,与纯的Zn O布居值和Zn—O的键长相比,掺杂体系布居值减小、Ag—O键长增加、共价键减弱、离子键增强.当Ag掺杂Zn O摩尔数为0.0278—0.0417的范围内,Ag掺杂量越增加、O原子2p轨道、Zn原子的4s,3d轨道电荷数不变、Ag原子的5s轨道电荷数越增加、Ag原子的4d轨道电荷数越减小、掺杂体系晶格常数越增加、体积越增加、总能量越增加、稳定性越下降、形成能越下降、掺杂越难、掺杂体系的带隙越变窄、吸收光谱红移越显著.计算结果与实验结果相一致.并且合理解释了存在的问题.这对设计和制备Ag掺杂Zn O体系的光催化剂有一定的理论指导作用.